下盘向正断层开采保护煤柱受力及变形规律研究

为探明正断层附近开采的致灾规律,为断层煤柱尺寸的选择提供理论依据,采用FLAC3D软件建立数值计算模型,研究下盘向正断层开采时不同尺寸断层煤柱的支承应力和覆岩变形规律。研究表明:因断层松软破碎,阻隔了采动应力传递,断层保护煤柱尺寸越小,煤柱内支承应力峰值越大,当断层煤柱减小至15 m时,应力峰值突增,致使煤柱发生塑性破坏,释放弹性能,易诱发煤柱冲击地压;当断层煤柱大于40 m时,顶板沉降受断层影响较小,沉降曲线呈现对称"U"盆地状,当煤柱尺寸进一步减小时,顶板沉降呈现非对称性"√"盆地状,最大下沉点位于断层侧,需加强工作面超前支护,防止压架、围岩大变形等情况的发生。结果为工作面安全开采提供了参考依据。     

近断层工作面冲击地压危险性数值模拟研究

以大兴煤矿北二700工作面为工程背景,采用RFPA数值模拟软件对断层附近工作面冲击危险性进行研究。结果表明,受断层构造应力的影响,断层煤柱的应力分布呈"双驼峰"型,当工作面距离断层小于40 m时,工作面超前支承应力与断层应力叠加,断层煤柱应力上升明显,且煤柱应力随着煤柱宽度的减小逐渐增加;与煤柱应力变化规律相似,声发射事件数同样随着煤柱宽度的减小逐渐增加,因此在工作面回采过程中当煤柱宽度小于40 m时,应加强断层煤柱区域的冲击地压监测与防治工作。     

断层下盘一侧采空工作面采动应力分布及其演化规律

以赵楼煤矿断层下盘一侧采空的11303(东)工作面地质条件为背景,采用FLAC~(3D)软件模拟分析了断层下盘工作面背向断层推进时,断层煤柱应力、工作面中部及采空侧端头超前支承应力演化规律。研究表明:工作面推进小于120 m时,断层煤柱应力集中程度逐渐增大,随工作面继续推进,断层煤柱集中应力变化不大。工作面推进小于80 m时,工作面中部超前支承应力峰值逐渐增大,而超过80 m后应力峰值变化不大。工作面采空侧端头受采动及相邻采空区影响,超前支承应力远大于实体煤侧,且在推进170 m时支承应力峰值达到最大。     

厚煤层不同尺寸护巷煤柱的支承应力研究

为了给现场开采中选择合理护巷煤柱宽度提供理论依据,通过FLAC3D数值软件对不同尺寸护巷煤柱内的支承应力进行模拟分析。研究表明:当采用小煤柱护巷时,煤柱被压酥,不会产生弹性核,能够有效降低煤柱的冲击危险性;当煤柱尺寸逐步增大时,煤柱内的支承应力峰值先由小变大,当采空区与巷道侧向支承应力峰值叠加时,煤柱内的支承应力达到峰值,支承应力曲线呈现"单峰状",此时煤柱冲击危险性最大;随着煤柱宽度进一步增加,煤柱内的支承应力峰值开始减小,支承应力曲线逐步向"马鞍形"转变。     

厚硬岩层控制下不规则断层煤柱冲击危险性研究

根据矿压理论构建了断层构造应力及采空区转移支承压力计算模型,以典型冲击地压矿井为例,将二者耦合叠加得到了厚硬岩层控制下不规则断层煤柱应力分布情况,进而分析了冲击危险性。结果表明:应力峰值距采空区133m,达到62MPa;西侧距采空区75~239m为冲击危险区,东侧距采空区60~239m为冲击危险区,高位关键层未充分断裂是导致支承压力升高的主要原因。通过现场监测数据对计算结果进行了验证,该结果可作为冲击危险防治的理论依据。     

不同倾角下工作面沿正断层开采断层煤柱应力演化规律研究

以赵楼煤矿5310工作面开采条件为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,建立不同正断层倾角模型,研究了工作面沿正断层走向推进过程中,断层煤柱稳定性以及应力演化规律。研究结果表明,上盘断层煤柱支承应力峰值高于下盘,受断层倾角影响较大。断层煤柱支承应力随断层倾角增大而增大,工作面前方支承应力主要集中在靠近断层一侧;下盘断层煤柱支承应力曲线在断层倾角为45°、50°时呈双峰状,在55°、60°时呈单峰状,断层煤柱支承应力峰值受断层倾角影响较小;上下盘断层煤柱宽度应不小于30m,需根据具体工程条件确定断层煤柱宽度。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。     

冲击煤层孤岛煤柱可开采性研究

条带开采孤岛煤柱和采空区上覆岩层离层位置的确定是计算孤岛煤柱支承压力以及进行孤岛煤柱可开采性研究的前提。根据孤岛煤柱上覆岩层能否形成离层结构,提出孤岛煤柱支承压力的"有源"和"无源"计算模型,以应力准则和挠度准则判定孤岛煤柱上覆岩层离层位置,进而求得孤岛煤柱所承受地层重力并定义孤岛煤柱整体冲击失稳率,最后结合孤岛煤柱冲击地压发生可能性指数诊断法,对孤岛面的整体冲击失稳危险性和可开采性进行判定。经工程实例验证,该方法是合理可行的。     

逆断层下盘不同采高工作面支承应力演化规律研究

以逆断层下盘不同采高工作面开采为背景,采用UDEC数值模拟方法,研究了下盘工作面向逆断层推进过程中不同采高下支承应力的分布特征及演化规律。研究表明:下盘工作面向逆断层推进过程中,由于逆断层松弛活化产生的阻隔效应,支承应力分布特征发生演化,其峰值呈现先减小后增大的变化趋势,其明显影响范围不断减小。下盘工作面3 m和5 m采高的支承应力演化基本同步,支承应力分布相似;当煤层采高增大为7 m时,受断层采动活化及煤柱的耦合作用影响,支承应力峰值较高,采动影响更为强烈。工作面前方逆断层对支承应力的影响较大,应及时加强工作面及回采巷道支护。     

工作面向正断层推进支承应力演化规律

以正断层赋存条件下厚煤层开采为研究背景,采用FLAC3D数值模拟,研究了上、下盘工作面分别向正断层推进时支承应力演化规律,揭示了工作面向正断层开采的致灾规律。研究表明:断层带切割了顶底板岩层的完整性,采动应力的阻隔效应显著,致使断层煤柱易形成较高的应力集中区;下盘向正断层推进时,存在支承应力突增点,使断层煤柱发生塑性破坏,释放大量弹性能;上盘向正断层推进时,支承应力平缓增加,且推进过程中部分应力能够向下盘转移,在下盘形成较小应力集中区,应力曲线呈现一大一小"双驼峰"状。     

深井工作面向地垒构造开采煤岩体采动响应特征

地垒构造为影响安全开采的重要因素，为分析工作面过地垒构造开采时两盘覆岩的运动规律及工作面前方支承应力的演化特征和断层活化规律，基于UDEC数值模拟软件进行研究。结果表明：工作面接近地垒构造时，上覆岩层向采空区发生回转，易引起断层活化滑移；工作面在地垒构造中，若煤体上方基本顶无法形成铰接结构，易引发断层煤柱失稳破坏煤体；由数值模拟可知，上盘工作面开采影响大于下盘工作面影响，其影响主要表现为断层冲击地压诱发影响开采范围大、断层滑移诱发冲击地压的危险性高。研究明确了地垒构造对地下工程作业的影响规律。     

我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治

整体失稳型冲击地压是近年我国深部煤矿开采过程中发生的一种新的冲击地压类型,其释放能量和破坏性远大于常见的局部冲击地压。采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对我国煤矿3起典型整体失稳型冲击地压事故的工程特征和冲击显现特征进行分析,将当前我国整体失稳型冲击地压分为孤岛工作面整体失稳型冲击地压、大巷煤柱整体失稳型冲击地压和底煤整体滑移失稳型冲击地压3类。分别建立了3类整体失稳型冲击地压发生机理的力学模型,提出了3类整体失稳型冲击危险的评估方法和防治对策,揭示了3类整体失稳型冲击地压的发生机理。其中孤岛工作面整体失稳型冲击地压的发生机理为孤岛工作面上覆岩层自重和两侧采空区转移载荷叠加形成的总应力超过了孤岛工作面整体承载能力时,孤岛工作面中部弹性整体失稳破坏诱发冲击地压灾害;底煤整体滑移失稳型冲击地压发生机理为工作面超前支承压力超过底煤发生冲击和滑移的临界应力时,底煤冲击和滑移同时发生,形成底煤整体滑移失稳型冲击地压;大巷煤柱整体失稳型冲击地压发生机理为大巷煤柱在自重应力、构造应力和巷道开挖、卸压转移应力等叠加作用下应力高度集中,当应力集中程度超过煤柱整体承载能力时,煤柱中部弹性核发生整体失...     

区段煤柱宽度对采煤工作面冲击危险性的影响研究

通过研究不同宽度区段煤柱的支承压力和弹性应变能密度的分布规律,发现当煤柱宽度10 m时,随着宽度的增加,侧向支承压力峰值逐渐增大;当宽度10 m时,煤柱中侧向支承压力峰值开始逐渐降低,并且煤柱中的应力峰值由小变大,然后再变小,其支承压力分布曲线由"拱形"向"马鞍形"过渡。当煤柱宽度为5 m时,煤柱中剩余弹性应变能最小,发生冲击危险的可能性最小。     

断层倾角对工作面超前支承压力影响的数值模拟研究

采用UDEC4.0数值模拟软件,模拟了煤层开采过程中断层对矿山压力分布的影响。首先分析了正、逆断层诱发冲击地压的机理,然后建立断层倾角为30°的初始模型,研究了工作面分别从上、下盘向断层推进过程中工作面超前支承压力的峰值大小及其分布情况。最后在应力最集中区域,即工作面距离断层20 m时,分析不同断层倾角情况下,工作面超前支承压力峰值的变化规律。     

工作面开采煤柱应力分布的数值模拟及其监测

为了研究大同煤矿集团四台矿103下01工作面前方轨道顺槽与采区边界巷之间煤柱随着工作面向前推进应力分布及演化规律,通过FLAC3D数值模拟软件分别模拟当工作面推进60、120、180、240、300、360 m时煤柱的应力分布情况。结果表明,工作面前方煤柱应力峰值在工作面推进180 m后稳定在40 MPa,工作面后方煤柱应力值在工作面推进180 m时,煤柱上的应力最大为80 MPa,但在工作面推进到240 m后应力峰值变小,并稳定在60 MPa。结合KJ550应力在线监测系统对工作面前方煤柱应力进行监测,数值模拟和KJ550应力在线监测的结果表明,当工作面推进240 m后,工作面前方煤柱与后方煤柱上应力的峰值都比较稳定,诱发冲击地压的可能较小。     

不同断层倾角下采场冲击危险性数值模拟研究

以红岭煤矿F505正断层为工程背景,采用理论分析、数值模拟方法,对不同断层倾角条件下沿断层走向回采采场的冲击地压危险性进行分析,比较了不同断层倾角条件下采场的冲击危险程度及诱发因素。研究结果表明:随着断层倾角的增大,上、下盘工作面采空区断层煤柱应力集中程度明显增加,其中,下盘断层煤柱应力集中程度增加更明显;工作面超前支承应力分布呈现非对称性,且断层侧应力峰值更高;下盘工作面回采的基本顶位置断层滑移量明显大于上盘工作面回采的断层滑移量,断层倾角越小,基本顶位置断层滑移量越大,采场容易发生动载型冲击事故。提出了工作面不同开采条件下采场冲击地压的防治措施,可为断层影响区域工作面的安全回采提供指导。     

硬厚顶板下邻断层工作面不同推采方向应力特征分析

采场应力场及其动态演化对煤矿动力灾害(冲击地压、矿震等)诱导影响显著,尤其是处于地质条件相对复杂的工况。考虑坚硬厚层顶板和断层赋存条件,利用UDEC(Universal Distinct Element Code)数值模拟研究硬厚顶板下邻断层工作面不同推采方向应力分布及演化,分析推采方向对应力特征及其诱发冲击潜在危险主控区域的影响与差异。结果表明,断层切割形成断层煤柱与覆岩异形结构、断层倾向与阻隔效应,以及硬厚岩层持久悬空对采动应力及潜在冲击危险区均存在显著影响,主要表现为上盘工作面开采应力显著增强区主要处于本盘剩余断层煤柱中,仅在煤柱较小(10 m)时对盘呈现明显的应力升高,而下盘开采断层煤柱仍较大(60 m)时,应力显著增强区域就已转移至对盘煤岩体内并提升对盘冲击危险性。但无论上盘或下盘开采,当断层煤柱减至一定程度时,断层附近都将承受冲击潜在危险并明确其潜在危险区域,而后采用理论模型分析和现场微震监测验证断层切割硬厚岩层对采场潜在冲击危险的影响及应避免受断层切割的硬厚顶板大面积悬顶破坏的结论。研究结果可为类似条件下冲击地压预测及危险区域划分、工作面布设、开采顺序选取与断层煤柱留设等提供参考。     

上边界煤柱对下采场应力分布规律影响数值模拟

以鲍店煤矿六采区3#煤6204工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法对下部采场的应力分布规律进行了研究,得出随着工作面不断接近煤柱边缘超前支承压力峰值会逐渐增加。工作面处于煤柱下时超前支承压力远远大于采空区下的支承压力,因此在有上层煤柱存在的情况下开采时要做好防冲预警和相应的预防措施,以防止冲击地压的发生。